智能控制理论复习资料.复习资料

智能控制理论复习资料一．智能控制概述1.什么是智能？什么是人工智能？答：能有效地获取、传递、处理、再生和利用信息，从而在任意给定的环境下能成功地达到预定目的的能力。

是研究、开发用于模拟、延伸、扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的科学技术。

2. 什么是控制？什么是自动控制？什么是智能控制？答：按照主体的意愿，使事物向期望的目标发展。

在没有人直接参与的情况下，利用外加设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。

在没有人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。

3. 智能控制的二元结构和三元结构分别是什么？答：二元结构：人工智能、自动控制三元结构：人工智能、自动控制、运筹学4.智能控制系统的主要功能特点是什么？答：学习功能、适应功能、组织功能、优化功能5.智能控制的研究对象具备什么特点？答：①不确定性的模型。

传统的控制是基于模型的控制，这里的模型包括控制对象和干扰模型。

②高度的非线性。

传统控制理论中的线性系统理论比较成熟。

③复杂的任务要求。

传统的控制系统中，控制任务或者是要求输出值为定值，或者要求输出值跟随期望值的运动轨迹，因此控制任务的要求比较单一，而智能控制的任务要求往往比较复杂。

6.智能控制与自动控制的关系是什么？答：①自动控制是智能控制的基础，智能控制是对自动控制的进步与延伸；②自动控制往往包含在智能控制之中，智能控制也利用自动控制的方法来解决“低级”的控制问题；③智能控制具有模拟人进行诸如规划、学习和自适应的能力，所以它就是让自动控制系统拥有学习的功能。

7.智能控制与传统控制相比有哪些优点？答：传统控制难以解决的问题包括以下几点：①实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等，无法获得精确的数学模型；②某些复杂的和包含不确定性的控制过程无法用传统的数学模型来描述，即无法解决建模问题；③针对实际系统往往要进行一些较苛刻的线性化假设，而这些假设往往与实际系统不符合；④实际控制任务复杂，而传统的控制任务要求低，对复杂的控制任务无能为力。

智能控制将控制理论的方法与人工智能技术灵活地结合起来，其控制方法适应对象的复杂性和不确定性，能够有效地解决上述问题，具有较大的优越性。

8.智能控制与传统控制的区别如何？答：传统控制：经典反馈控制和现代理论控制。

主要特征是基于精确的系统数学模型的控制，适用于解决线性、时不变等相对简单的控制问题。

智能控制：是对传统控制理论的发展，能够解决传统控制方法难以解决的复杂系统的控制问题，如对象的不确定性、高度的非线性和复杂的任务要求；传统控制是智能控制的一个组成部分，在这个意义下，两者可以统一在智能控制的框架下。

9.智能控制未来的主要研究方向和应用领域有哪些？答：智能控制是自动控制的最新发展阶段，主要用于解决传统控制技术与方法难以解决的复杂系统的控制问题，如对象的不确定性、高度的非线性和复杂的任务要求。

智能控制作为一门新兴控制技术，目前还处于发展初期。

基于遗传算法的智能控制、基于网理论的智能控制、遗传算法、神经网络和模糊控制相结合的综合优化控制等新的智能控制理论和方法在不断涌现和发展之中。

可以预见，随着系统论、人工智能理论和计算机技术的发展，智能控制将会有更大的发展空间，并在实际中得到更加广泛的应用。

根据智能控制基本研究对象的开放性、复杂性、多层次和信息模式的多样性、模糊性、不确定性等特点，其未来的研究内容主要包括以下几个方面：（1）智能控制基本机理的研究；（2）智能控制基本理论和方法的研究；（3）智能控制应用的研究。

伴随着智能控制系统具有学习、适应、组织三大功能特点，其发展趋势也将包括以下几方面：（1）智能控制理论的进一步研究，尤其是智能控制系统稳定性分析的理论研究；（2）结合神经生理学、心理学、认识科学、人工智能等学科的认识，深入研究人类解决问题时的经验、策略，建立更多的智能控制体系结构；（3）研究适合现有计算机资源条件的智能控制方法；（4）研究人机交互式的智能控制系统和学习系统，以不断提高智能控制系统的智能水平；（5）研究适合智能控制系统的软、硬件进行处理机、信号处理器、智能传感器和智能开发工具软件，以解决智能控制在实际应用中存在的问题。

二．分层递阶智能控制1. 递阶控制系统的组成与各个部分的功能是什么？答：组成：组织级、协调级、执行级。

组织级（任务规划）：负责整个系统的推理、规划、决策、长期记忆、信息交流等，是智能最高的级别，主要进行的是基于知识的各种信息处理和决策。

协调级：是组织级和执行级的接口，主要负责将组织级的指令分配为执行级的各项子任务，同时反馈任务执行的信息。

执行级：一般由多个硬件控制器所组成，负责具体的过程控制。

2.基本原理：精度随智能降低而增大的原理。

3.分层递阶控制的基本原理是什么？答：①对于给定的外部命令和任务，组织级设法找到能够完成该任务的子任务组合；②将这些子任务要求送至协调级，通过协调处理，将具体的动作要求送至执行级完成所要求的任务；③对任务的执行结果进行性能评价，并将评价结果逐级向上反馈，同时对以前存储的知识信息加以修改，从而起到学习的作用。

三．专家控制1. 什么是专家系统和专家控制？二者有何区别？答：专家系统是一个具有大量专门知识与经验的程序系统，根据某个领域的专家提供的知识与经验进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程。

专家控制：将专家系统的设计规范和运行机制与传统的控制理论和技术相结合而成的实时控制系统设计和实现方法。

区别：①专家系统能完成专门领域的功能，辅助用户决策；而专家控制能进行独立的、实时的自动决策。

专家控制比专家系统对可靠性和抗干扰性有着更高的要求。

②专家系统处于离线工作方式，而专家控制要求在线获取反馈信息，即要求在线工作方式。

2. 专家系统的主要组成部分包括什么？请简单解释其各自的作用。

答：包括知识库、数据库、推理机、解释器、知识获取器。

知识库：用于存取和管理所获取的专家知识和经验，供推理机利用，具有知识存储、检索、编辑、增删、修改和扩充等功能。

数据库：用来存放系统推理过程中用到的控制信息、中间假设和中间结果。

推理机：主要功能是协调、控制系统，决定如何选用知识库中的知识，对用户提出的证据进行推理，求得问题的解答或证明某个结论的正确性。

解释器：用于作为专家系统与用户之间的“人-机”接口，其功能是向用户解释系统的行为。

知识获取器：是指通过人工方法或机器学习的方法，将某个领域的事实性知识或领域专家所特有的经验性知识转化为计算机程序的过程。

4.专家系统有哪些特征？答：①具有专家水平的知识：必须表现专家的技能和高度的技巧以及足够的鲁棒性；②能进行有效的推理：能够运用专家的经验、知识进行搜索，推理；③具有透明性：在推理时，不仅能得到答案，还能得到推理的依据；④具有灵活性：知识的更新和扩充灵活方便；⑤具有启发性：运用专家的经验知识对不确定的或不精确的问题进行启发式推理。

5.专家系统有哪几种知识表示方法？答：产生式规则、框架、语义结构、过程。

6. 专家系统的推理机制有哪几种？答：正向推理（数据驱动策略）、反向推理（目标驱动策略）、正反向混合推理。

7. 专家控制的基本原理是什么？答：专家控制是试图在传统控制的基础上“加入”一个富有经验的工程师，实现控制的功能，它由知识库和推理机构成主体框架，通过对控制领域知识的获取与组织，按某种策略及时地选用恰当的规则进行推理输出，实现对实际对象的控制。

8.专家控制的组成与特点是什么？答：专家控制是将专家系统的设计规范和运行机制与传统的控制理论和技术相结合而成的实时控制系统设计和实现方法。

由知识库、推理机和算法库构成主体框架。

主要特点有以下几点：①灵活性：根据系统的工作状态及误差情况，可灵活地选取相应的控制律；②适应性：能根据专家知识和经验，调整控制器的参数，适应对象特性及环境变化；③鲁棒性：通过利用专家规则，系统可以在非线性、大偏差下可靠的工作。

9.专家控制的功能有哪些？答：①能够满足任意动态过程的需要，尤其适用于带有时变、非线性和强干扰的控制；②控制过程可以利用对象的先验知识；③通过修改、增加控制规则，可不断积累知识，改进控制性能；④可以定性的描述控制系统的性能，如“超调小”，“偏差增大”等；⑤对控制性能可进行解释；⑥可通过对控制闭环中的单元进行故障检测来获取经验规则。

10. 专家控制器的工作原理和各部分的组成作用是什么？答：知识库：存放工业过程控制的领域知识，由经验数据库和学习与适应装置组成。

经验数据库主要存储经验和事实，学习与适应装置是根据在线获取的信息，补充或修改知识库内容，改进系统性能，以便提高问题求解能力。

规则控制：对受控过程的各种控制模式和经验的归纳和总结。

推理机构：其复杂程度由规则条数决定，如果搜索空间很少，推理机构就十分简单，采用向前推理方法，逐次判别各种规则的条件，满足则执行，否则急需搜索。

特征识别与信息处理：其作用是实现对信息的提取与加工，为控制决策和学习适应提供依据，它主要包括抽取动态过程的特征信息，识别系统的特征状态，并对这些特征信息进行必要的加工。

数据库：是用于存放用户提供的初始事实、问题概述以及系统运行过程中得到的中间结果、最终结果、运行信息等的工作存储器，数据库的内容是不断变化的。

四．模糊逻辑控制1. 什么是模糊控制？它有什么特点（优点）？答：模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础，从行为上模拟人的模糊推理和决策过程的一种智能控制方法。

特点：①不需要被控对象的数学模型。

是以人对被控对象的控制经验为依据而设计的控制器；②是一种反映人类智慧的智能控制方法；③易于被人们接受。

模糊控制的核心是模糊规则，模糊规则是用语言来表示的；④构造容易。

控制规则易于软件实现；⑤鲁棒性和适应性好。

2.模糊控制器是由哪几部分构成的？说明其各自的作用。

答：构成：模糊化接口、知识库（数据库和规则库）、推理机、解模糊接口。

模糊化接口：实际上是模糊控制器的输入接口，主要作用是将真实的确定量输入转化成一个模糊矢量。

数据库：存放的是所有输入、输出变量的全部模糊子集的隶属度矢量值，若论域为连续域，则为隶属度函数。

在规则推理的模糊关系方程求解过程中，向推理机提供数据。

规则库：是基于专家知识或手动操作人员长期积累的经验，是按人的直觉推理的一种语言表达形式。

用来存放全部模糊控制规则，在推理时为推理机提供控制规则。

推理机：是模糊控制器中，根据输入模糊量，由模糊控制规则完成模糊推理来求解模糊关系方程，并获得模糊输出量的功能部分。

解模糊接口：规则推理完成后，所得结果仍是一个模糊矢量，必须作一次转换，求得清晰的控制量输出。

3.模糊控制器的基本工作原理是什么？答：①将测量得到的被控对象的实时信号经过模糊化接口，转换为用人类自然语言描述的模糊量；②根据人类的语言控制规则，进行模糊推理，得到输出控制量的模糊矢量；③将该模糊矢量经过清晰化接口转化为执行机构能够接受的精确量。